JP2003264901A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JP2003264901A
JP2003264901A JP2002062508A JP2002062508A JP2003264901A JP 2003264901 A JP2003264901 A JP 2003264901A JP 2002062508 A JP2002062508 A JP 2002062508A JP 2002062508 A JP2002062508 A JP 2002062508A JP 2003264901 A JP2003264901 A JP 2003264901A
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speed
electric vehicle
failure
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control
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JP2002062508A
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Manabu Matsuoka
学 松岡
Takuma Henmi
琢磨 逸見
Ikuo Yasuoka
育雄 安岡
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】速度検出手段の故障時に、該当する群のインバ
ータ装置の運転を継続させて行なうこと。 【解決手段】VVVF制御方式のインバータ装置を用い
て、電気車駆動用の交流電動機7を駆動制御する電気車
制御装置において、交流電動機7の速度を検出する速度
検出手段8と、速度検出手段8の故障を検知する故障検知
手段10とを備え、故障検知手段10により速度検出手段8
の故障が検知された場合に、インバータ装置6の制御モ
ードを、速度検出手段8からの検出速度を用いた有セン
サ制御モード11から、速度検出手段8からの検出速度を
用いない速度センサレス制御モード12に切り換えて、イ
ンバータ装置6の制御を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変電圧可変周波
数(以下、VVVFと称する)制御方式のインバータ装
置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御する
電気車制御装置に係り、特に速度検出手段の故障時に、
インバータ装置の運転を継続させて行なえるようにした
電気車制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、VVVF制御方式のインバー
タ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御
する電気車制御装置においては、交流電動機に設置して
いる速度センサ等の速度検出手段により、交流電動機駆
動軸の速度を検出し、その検出速度を用いてインバータ
装置を制御する、有速度センサ制御手法が多く採用され
てきている。
【0003】図9は、この種の従来の電気車制御装置の
一構成例を示す制御ブロック図である。
【0004】なお、図9では、インバータ装置が、1台
の交流電動機を駆動する小容量のインバータ装置を必要
数だけ搭載する、すなわち1台のインバータ装置で1台
の交流電動機を制御する、いわゆる個別インバータ制御
方式で、有速度センサ制御手法を用いた場合の例につい
て示している。
【0005】図9において、個別インバータ制御方式の
電気車制御装置は、直流架線1とレールとの間の直流入
力部に、直流電力集電器2から、1つもしくは分割した
4個の遮断器3,4を介し、さらに分割した4個のフィ
ルタリアクトル5を介して、通常、4台程度のVVVF
インバータ装置(以下、単にインバータ装置と称する)
6により、直流を3相交流に変換して、それぞれ1台の
交流電動機(例えば誘導電動機)7に電力を供給するよ
うに回路を構成している。
【0006】速度検出手段である速度センサ8は、通
常、各交流電動機7に1台ずつ取り付けている。
【0007】各インバータ装置6は、それぞれが駆動す
る交流電動機7に取り付けられた速度センサ8からの検
出速度の信号を用いて、インバータ装置6を制御するよ
うにしている。
【0008】すなわち、従来の個別インバータ制御方式
による電気車制御装置は、速度センサ8の信号から速度
を検出する速度検出部9と、速度センサ8の故障を検知
する故障検知部10と、検出速度を用いた有速度センサ
制御部11と、故障検知部10による速度センサ8の故
障検知の有無に応じて、有速度センサ制御部11側また
はインバータ開放側の切り換えを行なう制御切り換え部
13と、インバータ制御指令を生成する指令生成部14
とから構成している。
【0009】かかる構成の電気車制御装置において、あ
る交流電動機7の速度センサ8が故障した場合には、そ
の故障を故障検知部10で検知して、制御切り換え部1
3により、該当するインバータ装置6を開放して不動作
にする制御を行なう。
【0010】この場合、残りの正常な速度センサ8を有
するインバータ装置6および交流電動機7が動作するこ
とにより、電気車を駆動させるようにしている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来のインバータ制御方式による電気車制御装置
では、速度センサ8が故障した場合に、該当する群のイ
ンバータ装置6は正常であっても、その群のインバータ
装置6および交流電動機7を開放して動作させなくする
ようにしているため、電気車全体としての合計の駆動ト
ルクが、意図した設計値よりも低下することになる。そ
して、これが電気車運行上の遅延等を発生させる要因に
なるという問題点がある。
【0012】また、近年の技術向上によって、速度セン
サ8なしで速度を推定する制御方式が開発されつつある
が、電気車の場合には、線路面の変化による外乱(空転
や滑走)による速度の急激な変化や惰行制御(インバータ
のゲートをオフさせる)を行なうことから、速度センサ
8がない場合には、インバータ装置6のゲートスタート
時に速度推定を行なう等、時間的な遅れが発生すること
から、性能的にやや劣ることがある。
【0013】本発明の目的は、速度検出手段の故障時
に、インバータ装置の運転を継続させて行ない、速度検
出手段故障時の冗長性を向上することが可能な電気車制
御装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に対応する発明では、VVVF制御方式
のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機
を駆動制御する電気車制御装置において、交流電動機の
速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段の故障を
検知する故障検知手段とを備え、故障検知手段により速
度検出手段の故障が検知された場合に、インバータ装置
の制御モードを、速度検出手段からの検出速度を用いた
有センサ制御モードから、速度検出手段からの検出速度
を用いない速度センサレス制御モードに切り換えて、イ
ンバータ装置の制御を継続するようにしている。
【0015】従って、請求項1に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段が正常時には、その
検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御モー
ドによりインバータ装置を制御し、速度検出手段が故障
時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を
優先的に考慮して、速度センサレス制御モードに切り換
えて、該当する群のインバータ装置の運転を継続するこ
とにより、従来では動作停止させていたインバータ装置
を動作継続可能とすることができ、速度検出手段故障時
の冗長性を向上することができる。
【0016】また、請求項2に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、イ
ンバータ装置を、1台のインバータ装置で1台の交流電
動機を制御する個別インバータ制御方式としている。
【0017】従って、請求項2に対応する発明の電気車
制御装置においては、インバータ装置を、1台のインバ
ータ装置で1台の交流電動機を制御する個別インバータ
制御方式とすることにより、ある群の速度検出手段が故
障した場合には、その群のインバータ装置の制御モード
のみを、有速度センサ制御モードから、検出速度を用い
ない速度センサレス制御モードに切り換えることによ
り、故障した該当する群のインバータ装置を開放するこ
となく運転を継続して行なうことができる。
【0018】さらに、請求項3に対応する発明では、上
記請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、
インバータ装置を、1台のインバータ装置で複数台の交
流電動機を制御する集中インバータ制御方式としてい
る。
【0019】従って、請求項3に対応する発明の電気車
制御装置においては、インバータ装置を、1台のインバ
ータ装置で複数台の交流電動機を制御する集中インバー
タ制御方式とすることにより、従来では、1台の速度検
出手段が故障した場合には、残りの正常な速度検出手段
から制御に使用する基準速度を算出してインバータ装置
を駆動するが、全ての速度検出手段が故障して検出速度
が得られなくなったような場合には、インバータ装置は
動作不可能となるが、この場合にインバータ装置の制御
モードを速度センサレス制御モードに切り換えること
で、インバータ装置の運転を継続して行なうことができ
る。
【0020】一方、請求項4に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、故
障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の信
号が、入力されないか、または他の速度検出手段からの
検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度検
出手段の故障を検知するようにしている。
【0021】従って、請求項4に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信
号が、入力されないか、または他の速度検出手段からの
検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度検出手
段の故障を検知することにより、速度検出手段の故障の
検出精度を高くして、速度検出手段の故障をより一層確
実に検知できるようになり、信頼性を向上することがで
きる。
【0022】また、請求項5に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、故
障検知手段により、速度検出手段が故障から復帰したこ
とが検知された場合に、インバータ装置の制御モード
を、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モ
ードに切り換えて、インバータ装置の制御を行なうよう
にしている。
【0023】従って、請求項5に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段が故障から復帰した
ことが検知された場合に、インバータ装置の制御モード
を、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モ
ードに切り換えて、インバータ装置の制御を行なうこと
により、速度検出手段の故障状態が解除すると、自動的
に復帰させることができ、電気車の操作性を向上するこ
とができる。
【0024】さらに、請求項6に対応する発明では、上
記請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、
インバータ装置の制御モードの切り換え/復帰を、運転
台または電気車編成からの指令により行なうようにして
いる。
【0025】従って、請求項6に対応する発明の電気車
制御装置においては、インバータ装置の制御モードの切
り換え/復帰を、運転台または電気車編成からの指令に
より行なうことにより、速度検出手段の故障に限らず、
任意にインバータ装置の制御モードの切り換え/復帰を
行なうことができ、制御モード試験時等に故障動作させ
ることなく、機能確認ができ、メンテナンス性を向上す
ることができる。
【0026】一方、請求項7に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、速
度検出手段の故障時に当該速度検出手段からの検出速度
を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気
車の運転台への表示すると共に電気車のメンテナンス所
へ指令する手段を付加している。
【0027】従って、請求項7に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段の故障時に検出速度
を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気
車の運転台への表示すると共に電気車のメンテナンス所
へ指令することにより、制御状態をガイダンス表示して
運転状態を明確にすることができ、さらにメンテナンス
工場へも連絡することで、速度検出手段の部品の交換準
備、段取り作業を、電気車運行に影響することなく行な
うことができ、電気車のメンテナンス性を向上すること
ができる。
【0028】また、請求項8に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、故
障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の信
号を、電気車編成間の他の速度検出手段からの検出速度
の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力され
ないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差がある
ことにより、速度検出手段の故障を検知するようにして
いる。
【0029】従って、請求項8に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信
号を、電気車編成間の他の速度検出手段からの検出速度
の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力され
ないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差がある
ことで、速度検出手段の故障を検知することにより、速
度検出手段の故障の検出精度を高くして、速度検出手段
の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性
を向上することができる。
【0030】さらに、請求項9に対応する発明では、上
記請求項1に対応する発明の電気車制御装置において、
故障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の
信号を、電気車編成内の速度計、ブレーキ装置、保安機
器等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検
出する他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較
し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、また
は他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、
速度検出手段の故障を検知するようにしている。
【0031】従って、請求項9に対応する発明の電気車
制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信
号を、電気車編成内の速度計、ブレーキ装置、保安機器
等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検出
する他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、
当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他
の検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度検出
手段の故障を検知することにより、速度検出手段の故障
の検出精度を高くして、速度検出手段の故障をより一層
確実に検知できるようになり、信頼性を向上することが
できる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0033】(第1の実施の形態:請求項1、請求項
2、請求項4、請求項5に対応)図1は本実施の形態に
よる電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図、図
2は同電気車制御装置の主回路構成例を示すブロック図
であり、図9と同一要素には同一符号を付して示してい
る。
【0034】なお、図1および図2では、インバータ装
置が、1台の交流電動機を駆動する小容量のインバータ
装置を必要数だけ搭載する、すなわち1台のインバータ
装置で1台の交流電動機を制御する、いわゆる個別イン
バータ制御方式を用いた場合の例について示している。
【0035】図2において、個別インバータ制御方式の
電気車制御装置の主回路は、直流架線1とレールとの間
の直流入力部に、直流電力集電器2から、1つもしくは
分割した4個の遮断器3,4を介し、さらに分割した4
個のフィルタリアクトル5を介して、4台のインバータ
装置6により、直流を3相交流に変換して、それぞれ1
台の交流電動機(例えば誘導電動機)7に電力を供給す
るように回路を構成している。
【0036】速度検出手段である速度センサ8は、各交
流電動機7に1台ずつ取り付けている。
【0037】一方、図1に示すように、本個別インバー
タ制御方式の電気車制御装置は、速度センサ8の信号か
ら速度を検出する速度検出部9と、速度センサ8の故障
を検知する故障検知部10と、速度検出部9からの検出
速度を用いた有速度センサ制御部11と、速度検出部9
からの検出速度を用いない速度センサレス制御部12
と、故障検知部10による速度センサ8の故障検知の有
無に応じて、有速度センサ制御部11側または速度セン
サレス制御部12側の切り換えを行なう制御切り換え部
13と、インバータ制御指令を生成する指令生成部14
とから構成している。
【0038】ここで、故障検知部10としては、速度セ
ンサ8の故障によって、速度検出部9からの検出速度の
信号が、入力されないか、または他の速度センサ8から
の検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度セン
サ8の故障を検知するようにしている。
【0039】また、制御切り換え部13は、故障検知部
10による速度センサ8の故障検知が有る場合には、有
速度センサ制御部11側から速度センサレス制御部12
側への切り換えを行ない、一方故障検知部10による速
度センサ8の故障検知が無い場合(故障検知部10が故
障から復帰したことが検知された場合)には、速度セン
サレス制御部12側から有速度センサ制御部11側への
切り換えを行なうようにしている。
【0040】そして、故障検知部10により速度センサ
8の故障が検知された場合に、該当するインバータ装置
6の制御モードを、有速度センサ制御部11によるモー
ドから速度センサレス制御部12によるモードに切り換
えて、インバータ装置6の制御を継続するようにしてい
る。
【0041】次に、以上のように構成した本実施の形態
による個別インバータ制御方式の電気車制御装置の動作
について説明する。
【0042】速度センサ8からの速度信号は、一般的に
1台の交流電動機7について2つの速度信号があり、複
数台の交流電動機7を制御する場合には、故障検知部1
0には、交流電動機7の台数の2倍の速度信号が入力さ
れる。
【0043】この時、故障検知部10では、入力した速
度信号のいずれかがある一定値以上となった場合、入力
されない速度センサ8があるか、または複数入力された
速度センサ8の速度信号と大きな偏差がある速度信号を
検知することで、速度センサ8の故障が検知される。
【0044】一方、検出速度を用いた有速度センサ制御
部11と、検出速度を用いずに推定速度を用いる速度セ
ンサレス制御部12とを、制御切り換え部13により選
択可能な構成となっており、故障検知部10が速度セン
サ8の故障を検知した場合には、有速度センサ制御部1
1側から速度センサレス制御部12側に、インバータ装
置6の制御モードを切り換えることにより、速度センサ
8が故障した該当する群の群のインバータ装置6の運転
を継続して行なうことができる。
【0045】すなわち、速度センサレス制御部12で
は、速度センサ8による計測値以外の計測値、パラメー
タから速度を推定し、その推定速度によりインバータ装
置6を制御するため、速度センサ8が故障時において
も、インバータ装置6の制御を行なうことが可能であ
る。
【0046】本実施の形態では、速度センサ8が正常時
には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度セン
サ制御部11によりインバータ装置6を制御し、速度セ
ンサ8が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正
常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御部
12にインバータ装置6の制御を切り換えて、該当イン
バータ装置6群の運転を継続することができる。
【0047】これにより、速度センサ8故障時の冗長性
を向上することが可能となる。
【0048】一方、上記故障した速度センサ8を交換す
ることにより、故障検知部10による速度センサ8の故
障の検知が解除されるため、インバータ装置6の制御モ
ードは、速度センサレス制御部12側から有速度センサ
制御部11側に自動的に復帰させることができる。
【0049】これにより、電気車の操作性を向上するこ
とが可能となる。
【0050】上述したように、本実施の形態による個別
インバータ制御方式の電気車制御装置では、速度センサ
8が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた
有速度センサ制御モードによりインバータ装置6を制御
し、速度センサ8が故障時には、制御応答の劣化よりも
電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサ
レス制御モードに切り換えて、該当する群のインバータ
装置6の運転を継続するようにしているので、従来では
動作停止させていた該当する群のインバータ装置6を動
作継続可能とすることができ、速度センサ8故障時の冗
長性を向上することが可能となる。
【0051】また、1台のインバータ装置で1台の交流
電動機を制御する個別インバータ制御方式とするように
しているので、ある群の速度センサ8が故障した場合に
は、その群のインバータ装置6の制御モードのみを、有
速度センサ制御モードから、検出速度を用いない速度セ
ンサレス制御モードに切り換えることにより、故障した
群のインバータ装置6を開放することなく運転を継続し
て行なうことが可能となる。
【0052】さらに、速度センサ8からの検出速度の信
号が、入力されないか、または他の速度センサ8からの
検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度センサ
8の故障を検知するようにしているので、速度センサ8
の故障の検出精度を高くして、速度センサ8の故障をよ
り一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上する
ことが可能となる。
【0053】さらにまた、速度センサ8が故障から復帰
したことが検知された場合に、インバータ装置6の制御
モードを、速度センサレス制御モードから有速度センサ
制御モードに切り換えて、インバータ装置6の制御を行
なうようにしているので、速度センサ8の故障状態が解
除すると、自動的に復帰させることができ、電気車の操
作性を向上することが可能となる。
【0054】(第2の実施の形態:請求項3に対応)図
3は本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す
制御ブロック図、図4は同電気車制御装置の主回路構成
例を示すブロック図であり、図9と同一要素には同一符
号を付して示している。
【0055】なお、図3および図4では、インバータ装
置が、1台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制
御する、いわゆる集中インバータ制御方式を用いた場合
の例について示している。
【0056】図4において、集中インバータ制御方式の
電気車制御装置の主回路は、直流架線1とレールとの間
の直流入力部に、直流電力集電器2から、1個の遮断器
3を介し、さらに1個のフィルタリアクトル5を介し
て、1台のインバータ装置6により、直流を3相交流に
変換して、4台の交流電動機(例えば誘導電動機)7に
電力を供給するように回路を構成している。
【0057】速度検出手段である速度センサ8は、各交
流電動機7に1台ずつ取り付けている。
【0058】一方、図3に示すように、本集中インバー
タ制御方式の電気車制御装置は、各速度センサ8の信号
から基準速度を検出する速度検出部9と、速度センサ8
の故障を検知する故障検知部10と、速度検出部9から
の基準速度を用いた有速度センサ制御部11と、速度検
出部9からの基準速度を用いない速度センサレス制御部
12と、故障検知部10による速度センサ8の故障検知
の有無に応じて、有速度センサ制御部11側または速度
センサレス制御部12側の切り換えを行なう制御切り換
え部13と、インバータ制御指令を生成する指令生成部
14とから構成している。
【0059】ここで、速度検出部9は、各速度センサ8
の信号を入力してそれぞれの速度を算出する速度信号演
算部16と、速度信号演算部16からのそれぞれの速度
に基づいて、基準となる速度(基準速度)を算出する基
準速度演算部15とからなっている。
【0060】また、故障検知部10としては、全ての速
度センサ8の故障によって、速度検出部9からの検出速
度から算出された基準速度の信号が入力されないこと
で、全ての速度センサ8の故障を検知するようにしてい
る。
【0061】さらに、制御切り換え部13は、故障検知
部10による全ての速度センサ8の故障検知が有る場合
には、有速度センサ制御部11側から速度センサレス制
御部12側への切り換えを行ない、一方故障検知部10
による全ての速度センサ8の故障検知が無い場合(故障
検知部10が故障から復帰したことが検知された場合)
には、速度センサレス制御部12側から有速度センサ制
御部11側への切り換えを行なうようにしている。
【0062】そして、故障検知部10により全ての速度
センサ8の故障が検知された場合に、インバータ装置6
の制御モードを、有速度センサ制御部11によるモード
から速度センサレス制御部12によるモードに切り換え
て、インバータ装置6の制御を継続するようにしてい
る。
【0063】次に、以上のように構成した本実施の形態
による集中インバータ制御方式の電気車制御装置の動作
について説明する。
【0064】速度検出部9では、各速度センサ8の信号
からそれぞれの速度が速度信号演算部16により算出さ
れ、この各速度に基づいて基準速度が基準速度演算部1
5により算出される。
【0065】故障検知部10には、速度検出部9で検出
速度から算出された基準速度の信号が入力される。
【0066】この時、故障検知部10では、速度検出部
9から基準速度の信号が入力されなかったことを検知す
ることで、全ての速度センサ8の故障が検知される。
【0067】一方、検出速度から算出した基準速度を用
いた有速度センサ制御部11と、基準速度を用いずに推
定速度を用いる速度センサレス制御部12とを、制御切
り換え部13により選択可能な構成となっており、故障
検知部10が全ての速度センサ8の故障を検知した場合
には、有速度センサ制御部11側から速度センサレス制
御部12側に、インバータ装置6の制御モードを切り換
えることにより、インバータ装置6の運転を継続して行
なうことができる。
【0068】すなわち、速度センサレス制御部12で
は、速度センサ8による計測値以外の計測値、パラメー
タから速度を推定し、その推定速度によりインバータ装
置6を制御するため、全ての速度センサ8が故障時にお
いても、インバータ装置6の制御を行なうことが可能で
ある。
【0069】本実施の形態では、速度センサ8が正常時
には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度セン
サ制御部11によりインバータ装置6を制御し、全ての
速度センサ8が故障時には、制御応答の劣化よりも電気
車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス
制御部12にインバータ装置6の制御を切り換えて、該
当インバータ装置6群の運転を継続することができる。
【0070】これにより、速度センサ8故障時の冗長性
を向上することが可能となる。
【0071】一方、上記故障した全ての速度センサ8を
交換することにより、故障検知部10による全ての速度
センサ8の故障の検知が解除されるため、インバータ装
置6の制御モードは、速度センサレス制御部12側から
有速度センサ制御部11側に自動的に復帰させることが
できる。
【0072】これにより、電気車の操作性を向上するこ
とが可能となる。
【0073】上述したように、本実施の形態による個別
インバータ制御方式の電気車制御装置では、速度センサ
8が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた
有速度センサ制御モードによりインバータ装置6を制御
し、速度センサ8が故障時には、制御応答の劣化よりも
電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサ
レス制御モードに切り換えて、該当する群のインバータ
装置6の運転を継続するようにしているので、従来では
動作停止させていたインバータ装置6を動作継続可能と
することができ、速度センサ8故障時の冗長性を向上す
ることが可能となる。
【0074】また、1台のインバータ装置で複数台の交
流電動機を制御する集中インバータ制御方式とするよう
にしているので、従来では、1台の速度センサ8が故障
した場合には、残りの正常な速度センサ8から制御に使
用する基準速度を算出してインバータ装置6を駆動する
が、全ての速度センサ8が故障して検出速度が得られな
くなったような場合には、インバータ装置6は動作不可
能となるが、この場合にインバータ装置6の制御モード
を速度センサレス制御モードに切り換えることで、イン
バータ装置6の運転を継続して行なうことが可能とな
る。
【0075】さらに、全ての速度センサ8が故障から復
帰したことが検知された場合に、インバータ装置6の制
御モードを、速度センサレス制御モードから有速度セン
サ制御モードに切り換えて、インバータ装置6の制御を
行なうようにしているので、全ての速度センサ8の故障
状態が解除すると、自動的に復帰させることができ、電
気車の操作性を向上することが可能となる。
【0076】(第3の実施の形態:請求項6に対応)図
5は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示
す制御ブロック図であり、図1と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【0077】すなわち、図5に示すように、本実施の形
態による電気車制御装置は、前記図1における故障検知
部10を省略し、これに代えて新たに、運転台または電
気車編成からの指令手段21を備えた構成としている。
【0078】運転台または電気車編成からの指令手段2
1は、運転台または電気車編成から必要に応じて、イン
バータ装置6の制御モードの切り換え/復帰の指令を前
記制御切り換え部13に対して与えるものである。
【0079】これにより、前記実施の形態では、故障検
知部10により制御切り換え部13を動作させていたの
を、インバータ装置6の制御モードの切り換え/復帰の
動作を、運転台または電気車編成からの指令により行な
うようにしている。
【0080】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車制御装置の動作について説明する。
【0081】なお、図1と同一部分の動作についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についての
み述べる。
【0082】図5において、運転台または電気車編成か
らの指令手段21により、運転台または電気車編成から
必要に応じて、インバータ装置6の制御モードの切り換
え/復帰の指令が制御切り換え部13に与えられる。
【0083】すると、制御切り換え部13により、有速
度センサ制御部11側から速度センサレス制御部12側
へのインバータ装置6の制御モードの切り換え、または
速度センサレス制御部12側から有速度センサ制御部1
1側へのインバータ装置6の制御モードの復帰が行なわ
れる。
【0084】これにより、速度センサ8の故障に限ら
ず、任意にインバータ装置6の制御モードの切り換え、
復帰を行なうことが可能となるため、制御モード試験時
等に故障動作させることなく、制御状態による動作の確
認試験を容易にすることができ、メンテナンス性を向上
することができる。
【0085】(変形例)本実施の形態では、故障検知部
10を省略し、これに代えて運転台または電気車編成か
らの指令手段21を備えた構成としているが、これに限
らず、故障検知部10、および運転台または電気車編成
からの指令手段21の両方を備えて、故障検知部10に
よる速度センサ8の故障検知の有無により、あるいは運
転台または電気車編成からの指令手段21からの指令に
より、制御切り換え部13で有速度センサ制御部11側
または速度センサレス制御部12側の切り換えを行なう
ようにしてもよいことは言うまでもない。
【0086】上述したように、本実施の形態による電気
車制御装置では、速度センサ8の故障に限らず、任意に
インバータ装置6の制御モードの切り換え/復帰を行な
うことができ、制御モード試験時等に故障動作させるこ
となく、機能確認ができ、メンテナンス性を向上するこ
とが可能となる。
【0087】(第4の実施の形態:請求項7に対応)図
6は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示
す制御ブロック図であり、図1と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【0088】すなわち、図6に示すように、本実施の形
態による電気車制御装置は、前記図1に、運転台への表
示指令手段31と、電気車のメンテナンスエ場指令手段
32とを付加した構成としている。
【0089】運転台への表示指令手段31は、速度セン
サ8の故障時に当該速度センサ8からの検出速度を用い
ない速度センサレス制御状態であることを、電気車の運
転台へ表示するものである。
【0090】電気車のメンテナンスエ場指令手段32
は、速度センサ8の故障時に当該速度センサ8からの検
出速度を用いない速度センサレス制御状態であること
を、電気車のメンテナンス所へ指令するものである。
【0091】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車制御装置の動作について説明する。
【0092】なお、図1と同一部分の動作についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についての
み述べる。
【0093】図6において、速度センサ8の故障時に、
インバータ装置6の制御モードが、検出速度を用いる有
速度センサ制御状態から検出速度を用いない速度センサ
レス制御状態であることが、運転台への表示指令手段3
1、および電気車のメンテナンスエ場指令手段32によ
り、電気車の運転台、および電気車のメンテナンスエ場
(または指令所)に指令される。
【0094】これにより、運転台への表示指令手段31
により、電気車の運転台にその旨の制御状態を表示する
ことが可能となり、さらに電気車のメンテナンスエ場指
令手段32により、電気車のメンテナンス工場において
は速度センサ8の部品および交換作業を事前に準備する
ことが可能となる。
【0095】このため、例えば速度センサ8の故障後
に、速度センサレス制御モードで営業運転を行なってい
る間に、速度センサ8および工場の交換準備を行ない、
営業終了後に、メンテナンス工場にて、速やかに交換作
業を行なうことができ、速度センサ8の交換までの時間
を短縮することができる。
【0096】上述したように、本実施の形態による電気
車制御装置では、制御状態をガイダンス表示して運転状
態を明確にすることができ、さらにメンテナンス工場へ
も連絡することで、速度センサ8の部品の交換準備、段
取り作業を、電気車運行に影響することなく行なうこと
ができ、電気車のメンテナンス性を向上することが可能
となる。
【0097】(第5の実施の形態:請求項8に対応)図
7は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示
す制御ブロック図であり、図1と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【0098】すなわち、図7に示すように、本実施の形
態による電気車制御装置は、前記図1に、他の速度検出
部41を付加した構成としている。
【0099】速度検出部41は、電気車編成間の速度セ
ンサの信号から速度を検出するものである。
【0100】故障検知部10は、前記速度検出部9から
の検出速度の信号を、速度検出部41からの検出速度の
信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されな
いか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があるこ
とにより、速度センサ8の故障を検知するようにしてい
る。
【0101】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車制御装置の動作について説明する。
【0102】なお、図1と同一部分の動作についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についての
み述べる。
【0103】図7において、故障検知部10では、前記
速度センサ8の信号から速度検出部9により検出した速
度信号と、電気車編成間の速度センサの信号から速度検
出部41により検出した速度信号とが比較される。
【0104】その結果、速度検出部9からの速度信号
が、入力されないか、または他の速度信号と大きな偏差
があることで、速度センサ8の故障が検知される。
【0105】すると、故障検知部10が速度センサ8の
故障を検知したことで、制御切り換え部13により、有
速度センサ制御部11側から速度センサレス制御部12
側に、インバータ装置6の制御モードを切り換えること
により、インバータ装置6の運転を継続して行なうこと
ができる。
【0106】すなわち、同電気車編成の場合には、同じ
速度で走行するため、電気車編成内の速度センサの出力
速度と比較することで、速度センサの信号が、これまで
の出力されないだけでなく、車輪径差以上の速度偏差異
常となった場合等、出力した状態の故障も検出できるた
め、速度センサ8の故障の検出精度を高くして、速度セ
ンサ8の故障をより一層確実に検知できるようになり、
信頼性を向上することができる。
【0107】上述したように、本実施の形態による電気
車制御装置では、速度センサ8の故障をより一層確実に
検知できるようになり、信頼性を向上することが可能と
なる。
【0108】(第6の実施の形態:請求項9に対応)図
8は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示
す制御ブロック図であり、図1と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【0109】すなわち、図8に示すように、本実施の形
態による電気車制御装置は、前記図1に、他の速度検出
部54を付加した構成としている。
【0110】速度検出部54は、電気車編成内の速度計
51、ブレーキ装置52、保安機器53等の電気車制御
装置以外の装置のいずれかの速度を検出するものであ
る。
【0111】故障検知部10は、前記速度検出部9から
の検出速度の信号を、速度検出部54からの検出速度の
信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されな
いか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があるこ
とにより、速度センサ8の故障を検知するようにしてい
る。
【0112】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車制御装置の動作について説明する。
【0113】なお、図1と同一部分の動作についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についての
み述べる。
【0114】図8において、故障検知部10では、速度
センサ8の信号から速度検出部9により検出した速度信
号と、電気車編成内の速度計51、ブレーキ装置52、
保安機器53等の電気車制御装置以外の装置のいずれか
の信号から速度検出部54により検出した速度信号とが
比較される。
【0115】その結果、速度検出部9からの速度信号
が、入力されないか、または他の速度信号と大きな偏差
があることで、速度センサ8の故障が検知される。
【0116】すると、故障検知部10が速度センサ8の
故障を検知したことで、制御切り換え部13により、有
速度センサ制御部11側から速度センサレス制御部12
側に、インバータ装置6の制御モードを切り換えること
により、インバータ装置6の運転を継続して行なうこと
ができる。
【0117】すなわち、この場合にも、前述した第5の
実施の形態の場合と同様に、電気車編成内の速度情報が
多く得られるため、速度センサ8の故障の検出精度を高
くして、速度センサ8の故障をより一層確実に検知でき
るようになり、信頼性を向上することができる。
【0118】上述したように、本実施の形態による電気
車制御装置では、速度センサ8の故障をより一層確実に
検知できるようになり、信頼性を向上することが可能と
なる。
【0119】(その他の実施の形態)尚、本発明は、上
記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階で
はその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施す
ることが可能である。例えば、上記各実施の形態では、
電気車駆動用の交流電動機7としては、誘導電動機を用
いる場合について説明したが、これに限らず、交流電動
機7として同期電動機を用いる場合においても、前述の
場合と同様な作用効果を得ることが可能である。
【0120】また、各実施の形態は可能な限り適宜組合
わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効
果を得ることができる。さらに、上記各実施の形態には
種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構
成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽
出することができる。例えば、実施の形態に示される全
構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも
一つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効
果(の少なくとも一つ)が得られる場合には、この構成
要件が削除された構成を発明として抽出することができ
る。
【0121】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気車制
御装置によれば、電気車の速度を検出する速度検出手段
が故障した場合に、インバータ装置の制御モードを、速
度検出手段からの検出速度を用いた有センサ制御モード
から、速度検出手段からの検出速度を用いない速度セン
サレス制御モードに切り換えるようにしているので、従
来では動作停止させていたインバータ装置を動作継続す
ることができ、速度検出手段故障時の冗長性を向上する
ことが可能となる。
【0122】また、本発明の電気車制御装置によれば、
速度検出手段の故障をより一層確実に検知できるように
なり、信頼性を向上することが可能となる。
【0123】さらに、本発明の電気車制御装置によれ
ば、速度検出手段の故障状態が解除すると、自動的に復
帰させることができ、電気車の操作性を向上することが
可能となる。
【0124】また、本発明の電気車制御装置によれば、
速度検出手段の故障に限らず、任意にインバータ装置の
制御モードの切り換え/復帰を行なうことができ、制御
モード試験時等に故障動作させることなく、機能確認が
でき、メンテナンス性を向上することが可能となる。
【0125】さらに、本発明の電気車制御装置によれ
ば、制御状態をガイダンス表示して運転状態を明確にす
ることができ、さらにメンテナンス工場へも連絡するこ
とで、速度検出手段の部品の交換準備、段取り作業を、
電気車運行に影響することなく行なうことができ、電気
車のメンテナンス性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による個別インバー
タ制御方式の電気車制御装置の構成例を示す制御ブロッ
ク図。
【図2】本発明の第1の実施の形態による個別インバー
タ制御方式の電気車制御装置の主回路構成例を示すブロ
ック図。
【図3】本発明の第2の実施の形態による集中インバー
タ制御方式の電気車制御装置の構成例を示す制御ブロッ
ク図。
【図4】本発明の第2の実施の形態による集中インバー
タ制御方式の電気車制御装置の主回路構成例を示すブロ
ック図。
【図5】本発明の第3の実施の形態による電気車制御装
置の構成例を示す制御ブロック図。
【図6】本発明の第4の実施の形態による電気車制御装
置の構成例を示す制御ブロック図。
【図7】本発明の第5の実施の形態による電気車制御装
置の構成例を示す制御ブロック図。
【図8】本発明の第6の実施の形態による電気車制御装
置の構成例を示す制御ブロック図。
【図9】従来の個別インバータ制御方式の電気車制御装
置の一構成例を示す制御ブロック図。
【符号の説明】
1…直流架線 2…直流電力集電器 3…遮断器 4…遮断器 5…フィルタリアクトル 6…インバータ装置 7…交流電動機 8…速度センサ 9…速度検出部 10…故障検知部 11…有速度センサ制御部 12…速度センサレス制御部 13…制御切り換え部 14…インバータ指令生成部 15…基準速度演算部 16…速度信号演算部 21…運転台または電気車編成からの指令手段 31…運転台への表示指令手段 32…電気車のメンテナンスエ場指令手段 41…電気車編成間の速度センサの他の速度検出部 51…速度計 52…ブレーキ装置 53…保安機器 54…電気車編成内の他の速度検出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安岡 育雄 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 Fターム(参考) 5H115 PA08 PG01 PI03 PI04 PU01 PU08 PV09 RB22 SE10 TB01 TR01 5H572 AA01 BB07 CC01 DD03 EE06 GG07 HB07 HC08 HC09 LL01 LL02 LL06 LL12 LL20 MM11 5H576 AA01 BB06 CC01 DD04 GG07 HB01 LL01 LL02 LL06 LL12 MM11

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変電圧可変周波数(VVVF)制御方
    式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動
    機を駆動制御する電気車制御装置において、 前記交流電動機の速度を検出する速度検出手段と、 前記速度検出手段の故障を検知する故障検知手段とを備
    え、 前記故障検知手段により前記速度検出手段の故障が検知
    された場合に、前記インバータ装置の制御モードを、前
    記速度検出手段からの検出速度を用いた有センサ制御モ
    ードから、前記速度検出手段からの検出速度を用いない
    速度センサレス制御モードに切り換えて、前記インバー
    タ装置の制御を継続するようにしたことを特徴とする電
    気車制御装置。
  2. 【請求項2】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記インバータ装置が、1台のインバータ装置で1台の
    交流電動機を制御する個別インバータ制御方式であるこ
    とを特徴とする電気車制御装置。
  3. 【請求項3】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記インバータ装置が、1台のインバータ装置で複数台
    の交流電動機を制御する集中インバータ制御方式である
    ことを特徴とする電気車制御装置。
  4. 【請求項4】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検
    出速度の信号が、入力されないか、または他の速度検出
    手段からの検出速度の信号と大きな偏差があることによ
    り、前記速度検出手段の故障を検知するようにしたこと
    を特徴とする電気車制御装置。
  5. 【請求項5】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記故障検知手段により、前記速度検出手段が故障から
    復帰したことが検知された場合に、前記インバータ装置
    の制御モードを、前記速度センサレス制御モードから前
    記有速度センサ制御モードに切り換えて、前記インバー
    タ装置の制御を行なうようにしたことを特徴とする電気
    車制御装置。
  6. 【請求項6】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記インバータ装置の制御モードの切り換え/復帰を、
    運転台または電気車編成からの指令により行なうように
    したことを特徴とする電気車制御装置。
  7. 【請求項7】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記速度検出手段の故障時に当該速度検出手段からの検
    出速度を用いない速度センサレス制御状態であること
    を、前記電気車の運転台への表示すると共に前記電気車
    のメンテナンス所へ指令する手段を付加したことを特徴
    とする電気車制御装置。
  8. 【請求項8】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検
    出速度の信号を、前記電気車編成間の他の速度検出手段
    からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信
    号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大
    きな偏差があることにより、前記速度検出手段の故障を
    検知するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
  9. 【請求項9】 前記請求項1に記載の電気車制御装置に
    おいて、 前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検
    出速度の信号を、前記電気車編成内の速度計、ブレーキ
    装置、保安機器等の電気車制御装置以外の装置のいずれ
    かの速度を検出する他の速度検出手段からの検出速度の
    信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されな
    いか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があるこ
    とにより、前記速度検出手段の故障を検知するようにし
    たことを特徴とする電気車制御装置。
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